Автоматизация. Системы управления и процессы в них

Лекция 1

Автоматизация – комплексы технических мероприятий, обеспечивающих частичное или полное исключение человека.

Управление каким-либо объектом – процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процесса в объекте или требуемого изменения состояния объекта.

Основой управления является получение и обработка информации о состоянии и внешних условиях работы объекта для определения воздействий, которые необходимо приложить к объекту, чтобы обеспечить достижение цели управления.

Цель управления – состояние САУ, которое соответствует моменту, когда отсутствует обмен информационной энергией между объектом управления и управляющим устройством при наличии связи между ними.

Взаимодействие управляющего устройства и объекта управления осуществляется в соответствии с избранным алгоритмом управления.

Алгоритм управления – совокупность правил и предписаний, в соответствии с которыми управляющее устройство вырабатывает сигналы управления для объекта управления с целью достижения цели управления.

 

В процессе управления состояние систем изменяются.

Параметры системы, которые характеризуют состояние процесса в системе, называют координатами процесса.

Системы управления и процессы в них являются многоплановыми и многоаспектными.

Для того, чтобы начать процесс управления необходимо выполнить операцию запуска системы или включения;

В процессе управления выполняются переходы из одного режима работы системы в другой, т.е. операция переключения.

По получению результата процесс необходимо остановить, т.е. выполнить операцию выключения.

Режим включения, переключения и выключения не является предметом изучения ТАУ.

В процессе управления координаты процесса должны находиться в заданных границах. При выходе за границы процесс управления нарушается и результатом может оказаться поломка системы или брак технологического процесса.

Задача удержания параметров системы в заданных границах является задачей ТАУ.

Любую САУ можно представить в виде:

 

Состояние объекта характеризуется выходной величиной у. в общем случае выходных величин может быть несколько; тогда у является вектором, координаты которого определяют выходные величины.

Помеха F препятствует управлению, т.е. изменяет состояние объекта управления.

На выход управляющего устройства подается задающее воздействие х, которое содержит информацию о значении у и его допустимых отклонениях, т.е. информацию о цели управления.

Управляющее устройство перерабатывает информацию по заложенному в него алгоритму управления, в результате получаем управляющие воздействие.

Классификация САУ

		САУ
	Стационарные			Нестационарные

 

		Линецные				Нелинейные
		Непрерывные
		Детерминированные				Стохостические
	С заданным качеством			Оптимальные				Адекватные

 

В зависимости от видов используемой информации, различают разомкнутую систему и замкнутую систему.

В разомкнутых системах выходная величина не измеряется, т.е. нет контроля за состоянием объекта.

Разомкнутыми эти системы называют потому что в них отсутствует обратная связь между выходом обхекта и входом управляющего устройства.

Возможны такие разомкнутые системы, в которых управляющее устройство измеряет только задающее воздействие или только возмущение, или оба эти сигнала одновременно.

Точность между входным и выходным сигналами целиком определяется постоянством параметров и возмущения и никак не контролируется следовательно такие системы периодичны лишь при достаточно высокой стабильность условий работы системы и невысоких требований точности.

Вторым вариантом разомкнутой системы является САУ по возмущению. Такие системы применяются когда задача сводится к поддержанию постоянства выходной величины.

Наиболее полным видом разомкнутой системы является система управления по задающему и возмущающему воздействию, т.е. управление осуществляется функцией 2х величин: x и z. Возможность компенсации возмущающего воздействия позволяет повысить точность управления в разомкнутых системах, но точность таких систем все же невелика, т.к. невозможно компенсировать все возмущения, действующие на систему.

Разомкнутые системы нашли применение только при невысоких требованиях точности управления.

Организация разомкнутой системы.

 

З – задача;

X_з – задающий сигнал;

ВУ – вычислительное устройство.

Особенностью такой структуры является то, что воздействие с одного узла на другой передается последовательно без ветвления.

Точность управления таких систем невелика, но из-за простого технического исполнения они нашли широкое применение.

По отношению к внешним устройствам вся система в целом может рассматриваться как 1 элемент задачи.

В замкнутых системах на вход управляющего устройства подается входная и выходная величина. Исходя из входной величины управляющее устройство определяет значение выходной величины и обеспечивает необходимое соответствие между этими величинами путем воздействия на объект.

В такой системе управляющее устройство стремиться ликвидировать все отклонения выходной величины от значения, определяемого задание входной величины, включая любые изменения параметров системы и возмущения.

Системы такого типа представляют собой замкнутый контур и называются системами с обратной связью.

Схема замкнутой системы.

 

Δх=х_з-х_вых

ЭС – элемент сравнения.

На объект управления одновременно могут действовать несколько возмущающих факторов:

Давление;

Температура;

Влажность;

Наличие электрических и магнитных полей.

Для компенсации возмущающих воздействий, т.е. для точного управления в систему включают столько устройств компенсации возмущения, сколько на нее действует возмущающих факторов.

Система в этом случае получается сложной и массивной.

Задача решается проще на основе принципа обратной связи.

Для этого сигнал с выхода системы подают на вход по цепям обратной связи. Выходная координата х_вых сравнивается с заданной х_з и формируется отклонение Δх, которое и становится управляющим воздействием.

Наибольшее распространение получили системы с компенсацией возмущения. Это те системы, в которых при возрастании возмущения выходная координата отклоняется от заданной величины до значения когда работоспособность системы уменьшается.

ВУ2

ДЗ

Для восстановления работоспособности в систему вводят устройство компенсации возмущения.

 

ДЗ – датчик, измеряющий возмущение.

U2(t) формируется таким образом, чтобы скомпенсировать влияние возмущения.

На объект управления могут действовать несколько возмущений. Выбирается то возмущение, которое оказывает наиболее существенное влияние на работу системы и выполняется компенсация именно этого фактора.